交流电源端口谐波、谐间波及电网信号的低频抗扰度测试解析

1、什么是谐波、谐间波及电网信号

通俗而言，在电力系统把50Hz的电压或者电流波，叫做基波，不是50Hz的电压、电流就是谐波。电网中有一些特殊的用电设备，比如：大功率整流器、中频炉、变频器、劣质节能灯等等，这类设备的工作电流与电压不成正比，我们称为非线性的负载。电机发出的电能，本来是比较规整 的50Hz频率，但是如果遇到非线性设备在电网中，这一些设备工作时，就会产生谐波。比如单相整流器，就把50Hz的基波，“整”成具有100Hz、150Hz、200Hz……等等成分的信号，就出现了谐波。这种会产生谐波的设备，我们常常叫它“谐波源”。

通常情况下，谐波的频率为50Hz的整倍数，谐波用基波的倍数表示。例如频率为150Hz的正弦波称为3次谐波，频率为250Hz的正弦波称为5次谐波，频率为350Hz的正弦波称为7次谐波，以此类推。

在工频的谐波电压和谐波电流之间，同时存在一些不是基波频率整数倍的频率，它们或以离散的频率、或以一个宽带频谱出现，这就是谐间波。

电网信号，是指在电网中由发射机产生以便供电公司控制供电网络中的设备（公用照明，计价表等）的信号。通常发射机只是以断续信号短时工作，所采用的频率在谐波之间，即频率范围为100Hz-3kHz。

2、谐波的危害

谐波的危害：电机

谐波电压与谐波电流产生额外的铁损与铜损 ,导致电机的额外发热，降低电机的效率产生脉动转矩致使电动机振动加剧，影响电机寿命和输出转矩的稳定性。

谐波电压降低了绝缘介质强度，加速线圈绝缘的老化，降低电机使用寿命。

谐波的危害：电缆

谐波电流会使电缆过载、导致过热 、发生绝缘破坏而烧毀。

对高频率谐波电流，电缆呈现集肤效应, 使额定载流量减少，增大漏电流，引起单相对地击穿，造成三相短路。

零序（3的倍数次）谐波电流会导致三相四线系统的中线过载、损坏。

 谐波的危害：系统谐振

谐波电流可使电容器介质损耗增加，发热和寿命缩短；大量吸收谐波会导致电容器过流，引起熔丝熔断。

电容器与电网电感形成串联谐振回路，能引起谐波的放大，电容烧毁等。

引起系统谐振导致，电容器组、电抗器组及相关用电设备，因过电流或过电压，而损坏或无法投入运行。

谐波的危害：通信 网络

干扰信息、数据、通信系统，造成系统死机或控制失常、停机，严重的会丢失实时数据，造成不可估量的损失。

通信系统实行的联网运行，如中心数据处理中心发生故障，将造成整个联网系统的瘫痪，而高次谐波就能造成数据处理中心主机的误操作和死机。

谐波也会造成通信仪器的误动作和死机，给通信行业和用户带来麻烦，造成了通信行业和用户的纠 纷。

谐波的危害：医院

出现数据差错；图像模糊；信息丢失；一些先进的医疗设备具有高灵敏微电子器件，谐波干扰容易使设备无法 正常工作。

谐波的危害：其他

改变保护继电器的动作特性引起误动作、造成继电保护等自动装置工作紊乱。

谐波延缓电弧熄灭，影响断路器的分断容量。

使计量仪表特别是感应式电能表产生计量误差。

干扰邻近的电力电子设备、工业控制设备，影响设备的正常运行。

3、谐波、谐间波及电网信号抗扰度测量波形介绍

谐波、谐间波及电网信号的低频抗扰度测试，依据标准GB17626.13（IEC 61000-4-13）有四类试验方法（波形）：谐波组合试验（平顶波和尖顶波）、扫频试验、单个谐波和谐间波试验，以及Meister曲线试验。

3.1谐波组合试验（平顶波和尖顶波）

谐波组合试验包括平顶波和尖顶波两个试验。EUT每种组合波都要进行试验。

平顶波

平顶波电压随时间变化，每个半波由三部分组成，波形如下：

第1部分：从零开始，按纯正弦函数变化，对于等级2达到峰值的90%，对于等级三达到峰值的80%。

第2部分：是恒定电压。

第3部分：于第1部分相对应。

平顶波波形图

尖顶波

尖顶波是由相应的相位关系的离散的3次谐波和5次谐波叠加而产生。波形如下：

尖顶波波形图

3.2扫频试验

频率扫描测量波形示例如下图：

扫频测量波形图

3.3单个谐波和谐间波试验

单个谐波是指在2f1~40f1频率范围内的谐波。这些谐波按照试验等级将单个正弦波电压施加到基波电压上。

谐间波是在16Hz~2000Hz频率范围内的谐波。谐间波按照一定的步长，将试验等级的单个正弦波电压施加到基波电压上。

测量波形如下：

多次谐波试验序列示意图

3.4Meister曲线试验

具有电网信号和/或纹波控制的电网中使用的设备，需要施加Meister曲线试验，波形如下：

Meister曲线波形（100Hz-3kHz）

4谐波、谐间波及电网信号抗扰度试验等级和试验要求

4.1谐波组合试验等级和要求

1）平顶波

平顶波试验等级见下表：

平顶波试验时间（Duration）要求为2分钟，测试波形示意图如下：

2）尖顶波

尖顶波试验等级见下表：

尖顶波试验时间（Duration）要求为2分钟，测试波形示意图如下：

4.2扫频试验等级和要求

扫频试验时的频率等级如下表：

各频率范围的扫频幅值见上表，频率扫描的速率不小于每10倍频程5分钟。扫频中遇到EUT性能异常的频点以及所由的谐振点，应在每个频率点驻留是按至少为120s。测量波形如下：

4.3单个谐波、谐间波试验等级和要求

1）单个谐波

单个谐波的试验等级如下表：

在2f1~40 f1频率范围内将上表幅值单个正弦波电压施加到基波电压U1上，每个频率施加时间（Dwell Time）为5s，间隔（Pause Time）1s再施加下一个频率。

大于或等于3%等级的谐波电压（直到9次谐波）时，在基波0和180相位应分别施加试验等级，小于3%的试验等级的谐波电压没有相位要求。

试验波形如下：

2）谐间波

谐间波试验等级见下表：

谐间波试验每频率步长施加时间（Dwell Time）为5s，间隔（Pause Time）1s再施加下一个频率。

谐间波的频率步长见下表：

谐间波测量波形如下：

4.4Meister曲线试验等级和要求

Meister曲线试验等级如下：

Meister曲线试验适用于等级2的产品。试验时，频率扫描的速率不少于每10倍频程5分钟。

Meister曲线波形如下：

5谐波、谐间波及电网信号抗扰度试验流程

为了简化试验，依照试验等级，谐波、谐间波及电网信号抗扰度测试可分为两个试验流程图：Class 1/Class 2试验流程图、Class 3试验流程图。

Class 1和Class 2试验流程图

Class 3试验流程图

6测试布置

单相EUT试验布置示意图:

三相EUT试验布置示意图: